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传统化学还原沉淀法去除Cr(VI)具有设备简单、易于操作、去除效果好和铬泥可回收等优点，但存在酸用量大、沉渣多且不易沉降、还原剂过量投加和终点pH控制要求高等难题，文中围绕上述问题，并结合固体废物粉煤灰(FA)在水处理中应用问题开展相关工作。在对FA中元素浸出的影响因素和浸出特性研究基础上，以FA为原料制备多种类型的粉煤灰浸提液(FAEm)，进行其强化NaBH4除Cr(VI)效能和机制研究。通过NaBH4与其他传统还原剂除Cr(VI)效能比较研究，阐明FAE-NaBH4除Cr(VI)优势，为Cr(VI)污染物的减量化和FA废物的资源化提供技术与理论支持，具有现实意义。
针对FA直接应用在水处理中存在多元素浸出和数倍污泥量产生的问题，在研究FA中多种元素浸出影响因素的基础上，通过不同浸提方法之间的比较，选用超声辅助强酸法(1.2mol/L HCl)制备富含Fe、Al和Si等元素的FAE，并将腐殖酸(HA)在FA上的吸附特性与扫描电子显微镜(SEM)技术和X射线衍射(XRD)技术等表征手段相结合，探究多元素浸出特性。研究结果表明，在中性水溶液中，随着时间的变化，Ca快速溶解在水中后随之呈先下降再上升趋势；以Al和Si为代表的元素浸出呈先上升后下降趋势；以S和Na为代表的元素浸出呈先上升后平缓趋势。在pH2.0的水溶液中，FA中各元素除Cr、Mo、As和Al外，均表现为最大浸出；在pH12.0的水溶液中，仅Al表现为最大浸出；Fe在pH2.0~12.0的水溶液中均表现为低浸出水平；强酸条件下有利于Al、Fe和Si的同时浸出。游离氧化钙(f-CaO)作为FA的主要成分，它能抑制Fe、Si和Al为代表的元素浸出。高含量的f-CaO，会与FA中的Al、Si和SO42-等在水溶液中生成波兰石、钙矾石(AFt)、水钙沸石和方解石等结晶态水化产物，有效地抑制Fe、Si和Al等多种元素的浸出。高浓度的HA可覆盖在FA表面，形成沉积层，抑制部分元素的浸出且阻止FA水化产物的生成。
针对强化NaBH4除Cr(Ⅵ)技术的可行性和实用性问题，将FAE-NaBH4与传统还原沉淀除Cr(Ⅵ)进行比较研究，考察了初始pH、还原剂投加量和FAE对Cr(Ⅵ)还原和总铬(TCr)去除的影响。研究结果表明：还原剂在水溶液中的水解或电离作用影响Cr(Ⅵ)的还原和后续TCr的去除。NaHSO3和Na2S2O5会通过其自电离产生H+；NaBH4和Na2SO3在还原Cr(Ⅵ)同时会通过自身水解而迅速使溶液体系的pH增加，造成缺H+环境；FeSO4可通过自身水解产H+，促进Cr(Ⅵ)还原和Cr(Ⅲ)生成，且氧化产物Fe(Ⅲ)对Cr(Ⅵ)存在吸附作用。低投加量的NaBH4与FAE配合使用对Cr(Ⅵ)污染物的去除具有很大潜力，在pH3.0条件下，FAE与低投加量(100mg/L)的NaBH4组合，用于处理100mg/L Cr(Ⅵ)溶液，20min内可完成还原沉淀过程，TCr去除率达96.32%，明显高于其他还原剂。
针对传统化学还原沉淀法处理Cr(Ⅵ)存在诸多问题，以NaBH4为还原剂，开展FAE强化NaBH4除Cr(Ⅵ)影响因素研究，通过设计系列实验，结合红外光谱、SEM、XRD和原子力显微镜(AFM)等表征手段对强化去除机制进行探究。结果表明，FAE可有效提高NaBH4对Cr(Ⅵ)的还原去除能力。与单独使用NaBH4相比，采用FAE＞2.0类型的浸提液配合NaBH4处理pH3.0的100mg/L Cr(Ⅵ)溶液，TCr去除率可由对照组的65.93%提升至99.81%以上，且无需调节终点pH。FAE强化NaBH4还原Cr(Ⅵ)机制与酸催化机制相似，主要源于NaBH4水解产OH-过程与FAE中的Fe(Ⅲ)或Al(Ⅲ)水解产H+过程间的相互促进，形成的缓冲体系减缓了过量的BH4-水解所引起的pH升高，即由酸催化的NaBH4还原能力得到提升。FAE中的Fe-Al-Si可通过吸附和共沉淀加快Cr(Ⅲ)絮凝沉降的速度与沉淀率，同时还能对Cr(Ⅵ)产生微弱的吸附作用，从而使得TCr去除率提高。
在低剂量下，Fe(Ⅲ)强化NaBH4除Cr(Ⅵ)能力比Al(Ⅲ)低，原因在于Fe(Ⅲ)在pH小于3.0时会形成纳米零价铁(nZⅥ)，其形成对FAE中Fe(Ⅲ)水解产H+会存在不利影响，另一个原因是Fe(Ⅲ)本身在pH大于3.0的Cr(Ⅵ)溶液体系中的水解能力弱于Al(Ⅲ)。在H+不足的情况下(pH≥3.0)，NaBH4的产H2与还原Cr(Ⅵ)过程存在相互抑制和协同作用，在初始pH为3.0时，特别是在高温条件下，H2的生成一定程度上抑制了Cr(Ⅵ)的还原，然而，当初始pH大于4.0，Cr(Ⅵ)还原和产H2表现为协同作用。Fe-Al-Si存在的情况下，可以减少NaBH4产H2与还原Cr(Ⅵ)间的竞争，在30℃条件下，产H2率可由32.04%提高到80.70%，TCr去除率可由46.72%提高到98.96%，表现为协同作用。
针对FA直接应用在水处理中存在多元素浸出和数倍污泥量产生的问题，在研究FA中多种元素浸出影响因素的基础上，通过不同浸提方法之间的比较，选用超声辅助强酸法(1.2mol/L HCl)制备富含Fe、Al和Si等元素的FAE，并将腐殖酸(HA)在FA上的吸附特性与扫描电子显微镜(SEM)技术和X射线衍射(XRD)技术等表征手段相结合，探究多元素浸出特性。研究结果表明，在中性水溶液中，随着时间的变化，Ca快速溶解在水中后随之呈先下降再上升趋势；以Al和Si为代表的元素浸出呈先上升后下降趋势；以S和Na为代表的元素浸出呈先上升后平缓趋势。在pH2.0的水溶液中，FA中各元素除Cr、Mo、As和Al外，均表现为最大浸出；在pH12.0的水溶液中，仅Al表现为最大浸出；Fe在pH2.0~12.0的水溶液中均表现为低浸出水平；强酸条件下有利于Al、Fe和Si的同时浸出。游离氧化钙(f-CaO)作为FA的主要成分，它能抑制Fe、Si和Al为代表的元素浸出。高含量的f-CaO，会与FA中的Al、Si和SO42-等在水溶液中生成波兰石、钙矾石(AFt)、水钙沸石和方解石等结晶态水化产物，有效地抑制Fe、Si和Al等多种元素的浸出。高浓度的HA可覆盖在FA表面，形成沉积层，抑制部分元素的浸出且阻止FA水化产物的生成。
针对强化NaBH4除Cr(Ⅵ)技术的可行性和实用性问题，将FAE-NaBH4与传统还原沉淀除Cr(Ⅵ)进行比较研究，考察了初始pH、还原剂投加量和FAE对Cr(Ⅵ)还原和总铬(TCr)去除的影响。研究结果表明：还原剂在水溶液中的水解或电离作用影响Cr(Ⅵ)的还原和后续TCr的去除。NaHSO3和Na2S2O5会通过其自电离产生H+；NaBH4和Na2SO3在还原Cr(Ⅵ)同时会通过自身水解而迅速使溶液体系的pH增加，造成缺H+环境；FeSO4可通过自身水解产H+，促进Cr(Ⅵ)还原和Cr(Ⅲ)生成，且氧化产物Fe(Ⅲ)对Cr(Ⅵ)存在吸附作用。低投加量的NaBH4与FAE配合使用对Cr(Ⅵ)污染物的去除具有很大潜力，在pH3.0条件下，FAE与低投加量(100mg/L)的NaBH4组合，用于处理100mg/L Cr(Ⅵ)溶液，20min内可完成还原沉淀过程，TCr去除率达96.32%，明显高于其他还原剂。
针对传统化学还原沉淀法处理Cr(Ⅵ)存在诸多问题，以NaBH4为还原剂，开展FAE强化NaBH4除Cr(Ⅵ)影响因素研究，通过设计系列实验，结合红外光谱、SEM、XRD和原子力显微镜(AFM)等表征手段对强化去除机制进行探究。结果表明，FAE可有效提高NaBH4对Cr(Ⅵ)的还原去除能力。与单独使用NaBH4相比，采用FAE＞2.0类型的浸提液配合NaBH4处理pH3.0的100mg/L Cr(Ⅵ)溶液，TCr去除率可由对照组的65.93%提升至99.81%以上，且无需调节终点pH。FAE强化NaBH4还原Cr(Ⅵ)机制与酸催化机制相似，主要源于NaBH4水解产OH-过程与FAE中的Fe(Ⅲ)或Al(Ⅲ)水解产H+过程间的相互促进，形成的缓冲体系减缓了过量的BH4-水解所引起的pH升高，即由酸催化的NaBH4还原能力得到提升。FAE中的Fe-Al-Si可通过吸附和共沉淀加快Cr(Ⅲ)絮凝沉降的速度与沉淀率，同时还能对Cr(Ⅵ)产生微弱的吸附作用，从而使得TCr去除率提高。
在低剂量下，Fe(Ⅲ)强化NaBH4除Cr(Ⅵ)能力比Al(Ⅲ)低，原因在于Fe(Ⅲ)在pH小于3.0时会形成纳米零价铁(nZⅥ)，其形成对FAE中Fe(Ⅲ)水解产H+会存在不利影响，另一个原因是Fe(Ⅲ)本身在pH大于3.0的Cr(Ⅵ)溶液体系中的水解能力弱于Al(Ⅲ)。在H+不足的情况下(pH≥3.0)，NaBH4的产H2与还原Cr(Ⅵ)过程存在相互抑制和协同作用，在初始pH为3.0时，特别是在高温条件下，H2的生成一定程度上抑制了Cr(Ⅵ)的还原，然而，当初始pH大于4.0，Cr(Ⅵ)还原和产H2表现为协同作用。Fe-Al-Si存在的情况下，可以减少NaBH4产H2与还原Cr(Ⅵ)间的竞争，在30℃条件下，产H2率可由32.04%提高到80.70%，TCr去除率可由46.72%提高到98.96%，表现为协同作用。